太阳光栅光谱仪方案设计

太阳光栅光谱仪方案设计Wedescribethetheoriesofspectrograph,generaltheoriesofechelleandthecharacteristicparametersofechellespectrograph.Inviewofcurrentdevelopmentofthefiberarrayedsolaropticaltelescope,weprovideadesignschemeofsolarechellespectrograph.Theschemeusesthedouble-slitdesign,becausethesolarechellespectrographshouldbeabletoreceivetheentiresolarspectrum.Thesolarechellespectrographhaslotsoffeaturessuchaslargesize,highresolutionandhighdispersion,andhenceweusethewhite-pupildesign.Besides,webrieflydescribetheselectionofvariouscomponentsinthestructure.Fibreisusedtoaccesstothespectrograph.Theincidentbeamissettoworkataquasi-Littrowangletorealizehighdiffractionefficiency,andaprismisaddedtohelpincreaselateraldispersiontoseparateoverlappedspectrallines.Thewholesystemissimpleandcompact,reducingthespectrographsizeeffectively.%简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的根本原理和光栅光谱仪的特性参数.针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,供给了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案.依据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案承受了双狭缝设计.依据太阳光栅光谱仪尺寸大、区分率高、色散大的特点,该设计方案承受了白瞳设计,并对构造中各个元件的选择进展简要阐述.光谱仪承受光纤接入,光栅工作在Littrow谱级次.整个系统构造简洁紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸.《光学仪器》【年(卷),期】2023(039)002【总页数】8(P81-88)光栅光谱仪;区分率;双狭缝;白瞳设计张洋;冯洁;杨卫平;杨增鹏;孟祥月;屈中权;杨乾;吕宪魁;罗艳琳;方玉萍;杜德伟【作者单位】650500;云南师范大学650500;云南师范大学物理与电子信息学院,云南昆650500650223;长春理工大学光电工程学院,吉林长130022650011;云南师范大学物理与电子信650500650500;云650500;云南师范大学物理与电子信息650500650500【正文语种】中文太阳与人类的生活息息相关,它是地球能量的最主要来源。为了获得太阳爆发活动的清楚物理图像,解释太阳猛烈活动爆发的物理机制,对空间天气预报,特别是空间灾难性天气进展预警,需要对太阳光谱进展分析。在我国制定的“”科学技术长期进展规划中,明确将空间灾难天气的预警和预报列为亟待攻克的科学难题。同性[1-4],因此分析太阳光谱有利于更加准确地分析地球的天气和生态环境的变化[5-7]。随着世界各国对太阳的探究欲增加,各国正在争相研制大口径天文望远镜。美国估量20234m(ATST)工程,同时十多个欧盟ATST(EST)[8],目前我国正在研制光纤阵列太阳光学望远镜(FASOT)和中国大型太阳光学望远镜(CGST),旨在转变我国太阳物理争论全面落后的局面。对于望远镜接收到的天体光谱来说,制作一台高区分率的光谱仪就显得尤为重要。光谱仪的种类很多,依据其色散原理可将仪器分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪、干预光谱仪。其中光栅光谱仪是应用最为广泛的光谱仪器之一,具有较高的光谱区分率进展前景。等)构成,利用光谱仪器可以测量物体外表反射的光谱。光谱仪主要由入射狭缝、准直镜、色散元件、聚焦镜、探测器组成,其原理如图1所示。来自光纤的光通过入射狭缝进入光谱仪,通过准直镜将发散的光束变为平行探测器上成像。天文光谱仪最常用的色散元件就是光栅[9]。光栅是由很多间隔相等、相互平行的相位同时进展空间周期性调制的光学元件。α,β,d,则光栅方程为式中:λmm=0,1,2,…αβ,β正;在异侧时,β由光栅方程可以得出:d,β个级次上的能量只有很少的一局部,降低了光栅效率。为了抑制平面光栅的上述缺陷,Harrison锯齿形的阶梯面,使光栅反射的绝大局部光都集中在观测所需的那一级光谱或者特定波长范围内,这个确定的波长称作闪耀波长,这种光栅称作闪耀光栅[10-11],如图2为了得到大信息量、高效率和高区分率的天体光谱,太阳光栅光谱仪应承受阶梯光栅[12β,光栅常dm测量,而且物镜焦距短,因而可以获得最大的光能。描述光栅光谱仪的特性参数有角色散、线色散、区分本领和自由光谱范围。角色散(1)进展微分,入射角为一个定值,可以得到角色散为Littrowβ定值。线色散f2,则线色散为dl[13]。区分本领DR式中:N;Δλ自由光谱范围在光栅中,很多高级次光谱是相互重叠在一起的。一般将光栅各级光谱不重叠的局部Δλmβ,不同级λmm由式(6)可以看出,低级次光谱自由光谱范围大,光谱不易重叠,而对于高级次光谱,光谱。近几十年中,天文望远镜的口径越来越大,使得光谱仪的体积和内部构造简单度渐渐增加;同时针对光谱仪的高区分率要求,需要不断增加光栅的尺寸和聚焦镜的简单度。目前,我国正在研制光纤阵列太阳光学望远镜。假设要分析望远镜接收到的太阳光谱,135μm,125μm,排列方式为每9000.16mm112.535mm。梯光栅[14]。这主要是由于阶梯光栅不仅可以提高光栅效率,将光集中在需要的光谱段,而且大闪耀角的阶梯光栅可以提高色散率。MiltonRoyR476°,刻线密度为31.6lp/mmLittrowα=β=θB,可以获得最高的光520nm(1)m118。为了减小成像镜的尺寸,光栅的角色散应当尽可能大,由式(2)520nm15413rad/mm。a1,入射狭缝产生的像的宽度为。由几何光学可知:;f1经过的准直镜焦距。(8)可得γ式中为角色散率,微小范围内可考虑角色散为线性。同理,出射狭缝的像产生的光谱增宽为Littrow1,当入射狭缝和出射狭缝等宽时,有f由式(132250mm。则准直镜口径为500mm×2080mm。元件进展与主方向垂直的穿插色散,通常选用棱镜作为色散元件[15]。R=λ/dλ式中:Δni33即将式(18)代入式(16)后得到式中:tn;αCCD2048×2048。由0.16mm16μmCCD。CCD谱范围内对波进步行场曲和色差的校正,因此需要单独设计符合要求的照相镜。而来的,即在自准直型光谱仪的焦面处参加一个场镜。目前,世界上大口径天文望远镜所用的光谱仪大多数承受白瞳设计。KECH4.2m320mm;VLT3.05m950mm;LAMOST2.6m,口径800mm。4AAB,通过棱镜增加横CCD5CCD可见光和红外光。该光学构造有如下优点:由于太阳光栅光谱仪中准直镜的焦